硝化还原细菌在河流生态系统中连接了氮循环过程与抗生素抗性现象

《Nature Communications》：Nitrate-reducing bacteria bridge nitrogen cycling and antibiotic resistance in river ecosystems

　　

摘要

河流生态系统作为全球氮循环的重要组成部分，正日益受到抗生素污染的影响。然而，氮循环与抗生素抗性基因（ARGs）传播之间的机制性相互作用仍不甚明了，这限制了有效的生态风险评估。在这里，我们发现硝酸盐还原菌（NRBs）是反硝化和温室气体减排的关键驱动因素，它们在抗生素压力下同时调节氮的转化和抗生素抗性基因的传播。通过整合来自长江的173个宏基因组和10个宏转录组，我们重建了4200个基于宏基因组的基因组（MAGs），并发现NRBs携带了河流微生物组中约69%的活跃转录的抗生素抗性基因，其中抗生素压力是主要的生态驱动因素。模拟实验表明，在抗生素梯度作用下，NRBs的反硝化效率和抗生素抗性基因的传播均得到了增强。多组学分析进一步揭示，抗生素驱动的水平基因转移是塑造抗生素抗性基因和硝酸盐还原基因动态的主要选择力量，加速了氮循环和抗生素抗性基因的传播。这些发现表明NRBs在连接抗生素抗性和氮代谢过程中起着核心作用，为预测共同选择动态和缓解连锁生态影响提供了机制框架。我们的工作强调了将微生物的共代谢功能纳入污染控制策略的必要性，并呼吁重新定义受抗生素污染生态系统的生态风险评估方法。